周磊，趙向陽，武豐雷，楊學(xué)峰

(濟(jì)南市勘察測繪研究院，山東濟(jì)南 250013)

基于GPS和精密三角高程的施工測量驗(yàn)收應(yīng)用與研究

周磊?，趙向陽，武豐雷，楊學(xué)峰

(濟(jì)南市勘察測繪研究院，山東濟(jì)南 250013)

高精度水準(zhǔn)和導(dǎo)線測量是施工測量驗(yàn)收的常規(guī)方法，但有時因條件受限導(dǎo)致該方法難以實(shí)施。本文采用GPS相對定位和精密三角高程測量方法進(jìn)行了高架快速路施工驗(yàn)收測量，在精密平面坐標(biāo)定位和三角高程測量方面進(jìn)行了積極有效的探索。

GPS相對定位；全站儀；高架快速路；三角高程測量；水準(zhǔn)測量

1 引 言

施工測量驗(yàn)收能在工程施工階段及時、準(zhǔn)確地了解工程施工質(zhì)量情況，為工程的下一步工作計(jì)劃提供了科學(xué)依據(jù)，保證了工程總體質(zhì)量目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。隨著工程越來越多，施工測量驗(yàn)收遇到的情況越來越復(fù)雜。點(diǎn)位高程和平面坐標(biāo)的獲取以水準(zhǔn)測量、導(dǎo)線測量等常規(guī)測量方法為主，而常規(guī)測量方法容易受到多種因素限制，只有在通視條件較好和高差較小的情況下能較好的實(shí)施。對較復(fù)雜的工程載體來說，采用GPS相對定位和三角高程測量可以解決點(diǎn)位相互不通視和高差較大的問題，既提高了作業(yè)速度，又保證了數(shù)據(jù)的可靠性和可信度。

以城市高架快速路施工測量驗(yàn)收為例，高架快速置于城市主干道，且在道路上空幾十米高的空間位置，施工測量驗(yàn)收難度較大，常規(guī)測量很難正常發(fā)揮作用。采用GPS相對定位和精密三角高程測量方法進(jìn)行了高架快速路施工平面坐標(biāo)和高程的驗(yàn)收測量，在精密平面坐標(biāo)定位和三角高程測量替代高等級水準(zhǔn)測量方面積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

2 理論基礎(chǔ)

2.1 GPS相對定位

GPS相對定位是用兩臺接收機(jī)分別安置在基線的兩端，同步觀測相同的GPS衛(wèi)星，以確定基線端點(diǎn)的相對位置或基線向量。同樣，多臺接收機(jī)安置在若干條基線的端點(diǎn)，通過同步觀測GPS衛(wèi)星可以確定多條基線向量。在一個端點(diǎn)坐標(biāo)已知的情況下，可以用基線向量推求另一待定點(diǎn)的坐標(biāo)。它是目前GPS定位中精度最高的一種定位方法[1]。

與常規(guī)方法相比，GPS定位技術(shù)的主要特點(diǎn)是:自動化程度高、點(diǎn)間不需通視、全天候、高精度、定位速度快、布點(diǎn)靈活和操作方便等[2]。

通過嚴(yán)格GPS基線處理，GPS相對定位觀測的點(diǎn)位平面坐標(biāo)數(shù)據(jù)相對精度可以達(dá)到毫米級，可以滿足一級導(dǎo)線精度要求。

2.2 EDM三角高程測量

EDM三角高程測量方法具有精度高、速度快的特點(diǎn)，特別是用水準(zhǔn)測量方法難以實(shí)施的工程，用EDM三角測量方法能很方便地進(jìn)行高程測量。目前常用的EDM三角高程測量方法有對向觀測法、水準(zhǔn)式觀測法和單向觀測法3種方法。對向觀測法是在假定測線兩端的大氣折射系數(shù)相同的條件下，分別在A，B兩點(diǎn)安置儀器和反光棱鏡進(jìn)行對向觀測，如圖1所示。

圖1 對向觀測方法

A，B兩點(diǎn)高差的計(jì)算公式為:

若在A，B兩點(diǎn)間設(shè)置n－1個轉(zhuǎn)點(diǎn)，將AB邊分成n條邊進(jìn)行觀測，由于各轉(zhuǎn)點(diǎn)均不需量取棱鏡高，因此A，B兩點(diǎn)間的高差[3]為:

根據(jù)文獻(xiàn)[3]表明，當(dāng)觀測精度Mα≤±1.5″，邊長在1.2 km范圍內(nèi)，三角高程完全可以代替三等水準(zhǔn)測量精度。

3 施測內(nèi)容及精度要求

3.1 基礎(chǔ)測繪資料

測區(qū)附近布設(shè)的控制點(diǎn)GA01～GA06、GB01～GB34共40個，平面精度達(dá)到國家三等，高程精度達(dá)到三等水準(zhǔn)測量要求，上述點(diǎn)位在高架快速路施工前期、中期保存完好，后期部分被破壞，這些點(diǎn)都是鉆孔驗(yàn)測、校驗(yàn)中線樁位、墩柱頂面中心及主梁底面平面或高程的起算點(diǎn)。

設(shè)計(jì)與驗(yàn)收定位基礎(chǔ)均采用1993年濟(jì)南市獨(dú)立坐標(biāo)系和1985國家高程基準(zhǔn)。

3.2 驗(yàn)收工作內(nèi)容

對高架快速路施工各階段進(jìn)行測量驗(yàn)收，主要工作內(nèi)容包括:

(1)鉆孔開挖前，對各標(biāo)段銜接處中心樁和鉆孔平面驗(yàn)測；

(2)墩柱澆注前，對墩柱模板平面中心位置驗(yàn)測；

(3)墩柱澆注完成后，對標(biāo)段銜接處墩柱頂中心平面和高程驗(yàn)測；

(4)主梁模板形成后，對所有標(biāo)段主梁模板底中心平面和高程驗(yàn)測。

3.3 驗(yàn)收精度要求

根據(jù)規(guī)范[4]要求并結(jié)合本項(xiàng)目工作實(shí)際，制定各階段驗(yàn)收的精度要求，如表1所示。

精度指標(biāo) 表1

4 施測方案

4.1 工作流程

高架快速路施測量驗(yàn)收的工作流程如圖2所示。

圖2 工作流程圖

4.2 驗(yàn)測方法

第一階段到第三階段驗(yàn)測中，由于驗(yàn)測的對象基本上都在地面，平面位置一般采用極坐標(biāo)法進(jìn)行驗(yàn)測，在已知施工控制點(diǎn)上設(shè)站直接檢測。無法直接通視時，采用從已知點(diǎn)發(fā)展的支導(dǎo)線點(diǎn)作為加密測站點(diǎn)，即在已知點(diǎn)上設(shè)站，在待驗(yàn)測點(diǎn)附近合適位置設(shè)站，用極坐標(biāo)法測設(shè)所需點(diǎn)位。由于極坐標(biāo)法缺乏校核條件，測設(shè)了一些重合點(diǎn)來校核，避免粗差。

墩柱澆灌完成和主梁模板底形成后，由于模板向上呈弧形，在已知施工控制點(diǎn)上設(shè)站已不能和模板上的點(diǎn)通視，這時直接采用GPS相對定位的方法進(jìn)行驗(yàn)測，測量時用3臺GPS接收機(jī)安置在已知施工控制點(diǎn)或C級GPS點(diǎn)上，另6臺GPS接收機(jī)分別安置于被檢測的墩柱頂或主梁模板低中心線上同步進(jìn)行觀測90分鐘以上。

模板高程驗(yàn)測采用三角高程對向觀測的方法進(jìn)行驗(yàn)測。由于要驗(yàn)測高程的點(diǎn)(墩柱頂中心和主梁模板上的點(diǎn))都在高于地面十幾米甚至二十幾米的地方，施工方大都采用鋼尺導(dǎo)引高程的方法，將水準(zhǔn)高程引到十幾米的高空，施測難度較大，且在驗(yàn)測時現(xiàn)場已不具備條件。采用精密EDM三角高程的測量方法:先用DiNi12電子水準(zhǔn)儀在合適的地方布設(shè)高程控制點(diǎn)，再用三角高程測量對待驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)測。

在選擇地面上的高程控制點(diǎn)時，該點(diǎn)和高空控制點(diǎn)距離一般在100 m～300 m，并保證了全站儀讀數(shù)仰角不超過30°。在測量過程中，嚴(yán)格整平了儀器，減小了豎軸傾斜誤差，同時，在各測回之間，重新整平了儀器。儀器高和覘標(biāo)高在觀測前后各量測了一次，讀至1 mm，當(dāng)較差不大于2 mm時取用中數(shù)。

5 結(jié)果分析

工程實(shí)施期間驗(yàn)測鉆孔、中心樁、墩柱模板、驗(yàn)測墩柱頂模板共計(jì)200余次，驗(yàn)測高程2 182個，驗(yàn)測模板中心樁277個。通過驗(yàn)測平面、高程數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)相比較，得出平面和高程較差，從而計(jì)算出所有驗(yàn)測點(diǎn)平面和高程的中誤差。

平面、高程數(shù)學(xué)精度檢測中誤差計(jì)算公式[5]如下:

式中:M為成果中誤差；n為檢測點(diǎn)總數(shù)；△i為較差。

中心樁平面比對表 表2

斷面點(diǎn)高程比對表 表3

中心樁和鉆孔驗(yàn)測共檢測了9個標(biāo)段銜接處52個鉆孔樁位，經(jīng)計(jì)算平面中誤差為±11.0 mm，所有鉆孔誤差均在35 mm以內(nèi)，滿足平面中誤差≤±20 mm的精度指標(biāo)。

墩柱驗(yàn)測應(yīng)指揮部要求，在樁基施工結(jié)束后，墩柱施工前，對7標(biāo)段墩柱承臺中心和墩柱中心9個點(diǎn)位的平面進(jìn)行驗(yàn)測。平面中誤差為±8.4 mm，所有點(diǎn)位誤差均在±20 mm以內(nèi)，滿足平面中誤差≤±10 mm的精度指標(biāo)。

墩柱模板驗(yàn)測，當(dāng)墩柱模板形成后，在澆筑混凝土前，對各標(biāo)段銜接處墩柱模板的40個點(diǎn)位平面進(jìn)行了驗(yàn)測。經(jīng)計(jì)算，驗(yàn)測的平面中誤差為±7.8 mm，所有點(diǎn)位誤差均在±20 mm以內(nèi)，滿足平面中誤差≤±10 mm的精度指標(biāo)。

墩柱澆筑混凝土穩(wěn)固后，對各標(biāo)段銜接處墩柱頂面的平面和高程進(jìn)行了驗(yàn)測。計(jì)算出橫向中誤差為±4.3 mm，軸線方向中誤差為±4.0 mm，高程中誤差為±6.8.mm，調(diào)整后所有點(diǎn)中誤差均在驗(yàn)樁精度指標(biāo)范圍內(nèi)。

6 結(jié) 語

采用GPS相對定位和精密三角高程測量方法進(jìn)行高架快速路施工平面坐標(biāo)和高程的驗(yàn)收測量，確保了該項(xiàng)工程的順利實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了各標(biāo)段順利銜接，保證了工程總體質(zhì)量目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

實(shí)踐證明，GPS相對定位和三角高程測量完全可以替代高等級水準(zhǔn)測量和導(dǎo)線測量。

[1] 徐紹銓，張華海.GPS測量原理及應(yīng)用[M].武漢:武漢測繪科技大學(xué)出版社，1998

[2] 潘正風(fēng).數(shù)字化測圖原理與方法[M].武漢:武漢測繪科技大學(xué)出版社，2004

[3] 許國輝，劉躍.電子測距三角高程測量方法的精度分析與比較[J].測繪通報(bào)，2003(03):31－33

[4] JTG C10－2007.公路勘測規(guī)范[S].

[5] GB/T 24356－2009.測繪成果質(zhì)量檢查與驗(yàn)收[S].

The Applied Research of Construction Acceptance Survey on GPS and Precise Trigonometric Leveling

Zhou Lei，Zhao XiangYang，Wu FengLei，Yang XueFeng
(JiNan Geotechnical Investigation and Surveying Institute，JiNan 250013，China)

Traverse is a high－precision standards and Construction conventional methods of measurement and acceptance，but sometimes limited because of the conditions leading to the method difficult to implement.Using GPS relative positioning and precise triangulated heliograph survey elevated expressway construction method of acceptance survey，The plane coordinate localization and trigonometric elevation measurement on the active exploration.

GPS relative positioning；Total Station；elevated expressway；trigonometric leveling；leveling

1672－8262(2010)03－85－03

P258，P228

B

2010—09—08

周磊(1978—)，男，工程師，主要從事城市精密工程測量技術(shù)應(yīng)用與研究工作。